磁性トポロジカル絶縁体超格子における新奇電気磁気応答の創成

在磁拓扑绝缘体超晶格中创建新颖的电磁响应

基本信息

批准号：
17J03179
负责人：
茂木将孝
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

分子線エピタキシー法を用いて非磁性トポロジカル絶縁体と磁性トポロジカル絶縁体や強磁性絶縁体とのヘテロ構造を作製し、磁気輸送や磁気光学現象の開拓を行った。それにより、主に次の二つの成果が得られた。(1)半磁性トポロジカル絶縁体におけるパリティ異常の実証グラフェンなどの二次元物質とは異なり、トポロジカル絶縁体の表面状態は単一のディラック電子状態で理解される。単一のディラック電子が質量をもつと、時間反転対称性とともにパリティ対称性が破れるというパリティ異常を生じることが知られている。このパリティ異常の帰結の一つに、半整数量子ホール効果がある。今回、トポロジカル絶縁体上面の表面状態のみに、磁性による質量誘起を行った半磁性トポロジカル絶縁体（非磁性トポロジカル絶縁体/磁性トポロジカル絶縁体の二層構造）作製した。テラヘルツ分光、輸送測定によって単一の質量をもったディラック電子状態のホール伝導度を測定することで、ゼロ磁場に半整数に量子化されたファラデー効果やホール効果を観測した。この半整数量子化は温度やフェルミ準位、試料サイズに対してロバストであることが分かった。この結果はパリティ異常を凝縮系において実現した初めての例となる。(2)強磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体積層構造における電流誘起磁化反転層状強磁性絶縁体Cr2Ge2Te6をトポロジカル絶縁体と接合させることによって、トポロジカル表面状態への磁気近接効果による巨大な異常ホール効果が得られている。今回、トポロジカル表面状態の持つスピン偏極性を利用した電流誘起による表面磁性のスイッチングを行った。このとき、Cr2Ge2Te6の磁化反転を生じるとともに、表面状態の磁化方向が変化することで、表面状態の持つ磁性に伴うトポロジーを変化させることができる。今後この特性を用いた非散逸流の低消費スイッチング素子への展開が期待される。

分子束外延用于在非磁性拓扑绝缘子，磁性拓扑和铁磁绝缘子之间制造异质结构，并开发磁光现象。这产生了两个主要结果：（1）与二维材料（如石墨烯）不同，半磁性拓扑绝缘子中奇偶校验异常的证明，拓扑绝缘子的表面状态在单个狄拉克电子状态中被理解。众所周知，当单个狄拉克电子具有质量时，会导致平均异常，在这种异常情况下，平均对称性与时代反演对称性发生破裂。这种奇偶校验异常的后果之一是半刻板量霍尔效应。在本文中，半磁性拓扑绝缘子（非磁性拓扑绝缘子/磁性拓扑绝缘子的两层结构）仅在拓扑绝缘子的表面状态下诱导的磁性质量制造。通过测量通过Terahertz光谱和运输测量值测量狄拉克电子状态的霍尔电导率，可以观察到量化为量化为零磁场的半数量化的法拉第效应和霍尔效应。发现该半量表量化对温度，费米水平和样本量具有鲁棒性。该结果是在冷凝系统中实现平等异常的第一个例子。（2）通过将电流诱导的磁化磁化分层铁磁绝缘子CR2GE2TE6与铁电磁绝缘子/拓扑绝缘子层压剂层压结构粘合到拓扑绝缘子中，这是由于获得拓扑表面状态的磁性邻近性效应而导致的巨大异常霍尔效应。这次，通过利用拓扑表面状态的自旋极化引起的电流进行表面磁开关。此时，发生CR2GE2TE6的磁化反转，表面状态的磁化方向变化，这允许更改与表面状态的磁性相关的拓扑。预计将来将使用此特征将其发展为低消费开关设备。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Topological quantum phase transition in magnetic topological insulator upon magnetization rotation

DOI：
10.1103/physrevb.98.140404
发表时间：
2018-10-22
期刊：
PHYSICAL REVIEW B
影响因子：
3.7
作者：
Kawamura, Minoru;Mogi, Masataka;Tokura, Yoshinori
通讯作者：
Tokura, Yoshinori

Magnetic heterostructures of topological insulators for gigantic magnetoresistance and axion insulator

巨磁阻拓扑绝缘体的磁性异质结构和轴子绝缘体

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Mogi;M. Kawamura;A. Tsukazaki;R. Yoshimi;K. S. Takahashi;M. Kawasaki;Y. Tokura
通讯作者：
Y. Tokura

強磁性絶縁体/トポロジカル絶縁体ヘテロ構造における異常ホール効果

铁磁绝缘体/拓扑绝缘体异质结构中的反常霍尔效应

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
茂木将孝;塚﨑敦;中島多朗;Victor Ukleev;吉見龍太郎;高橋圭;花島隆泰;加倉井和久;有馬孝尚;川﨑雅司;十倉好紀
通讯作者：
十倉好紀

Half-integer quantization of Hall conductance in semi-magnetic topological insulator

半磁拓扑绝缘体霍尔电导的半整数量子化

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Yasuda;M. Mogi;R. Yoshimi;A. Tsukazaki;K. S. Takahashi;M. Kawasaki;F. Kagawa and Y. Tokura;Masataka Mogi
通讯作者：
Masataka Mogi

Observation of gigantic magnetoresistance in an engineered tricolor structure of topological insulator

拓扑绝缘体工程三色结构中巨磁阻的观察